JPS5852557A - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPS5852557A
JPS5852557A JP56150900A JP15090081A JPS5852557A JP S5852557 A JPS5852557 A JP S5852557A JP 56150900 A JP56150900 A JP 56150900A JP 15090081 A JP15090081 A JP 15090081A JP S5852557 A JPS5852557 A JP S5852557A
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JP
Japan
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vibrator
acoustic
electrode
polarization
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JP56150900A
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English (en)
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JPS6412439B2 (ja
Inventor
Noritoshi Nakabachi
中鉢 憲賢
Ryohei Mogi
良平 茂木
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5852557A publication Critical patent/JPS5852557A/ja
Publication of JPS6412439B2 publication Critical patent/JPS6412439B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波探触子≦2関し、特C二高分子圧電材料
から形成された振動子本体なifる超音波探触子−2関
する。
超音波!利用して診断、探傷、計測等1行なう各種超音
波機器(−おいては、電気音響変換手段として従来から
圧電セラミックス*振動子本体を有する超音波探触子が
用いられている。このセラミック振動子は感度が大であ
る反面その帯域幅が狭く、また形状比(直方体状I:影
形成た場合(二最小断面における幅/厚さ)を波長−ニ
ルして充分小さくなし得ないため高周波で使用するフェ
ーズドアレー6二は適さないという欠点があった。すな
わち、超音波診断装隨等6;おいて配列形超音波探触子
C二よる扇形走査を行なうような場合(二、第2主極に
基づく偽像の発生を防止するためには、(波長)/(振
動子配列ピッチ)がビーム走査の覆域に関連して定まる
所定値を超える必要がある。しかしながら、従来のセラ
ミック振動子を用いたフェーズドアン−用探触子(二お
いては、裏打ち材に接置された板状振動子を切断して複
数個C二分割するようC二していたので、振動子および
接着剤の切削抵抗が弱いため振動子の幅を充分狭くする
ことが困難であり、かつカッタの刃厚(二は限界がある
ため切削溝幅すなわち振動子相互間隔Z充分に狭くする
ことが困難であって、その結果、振動子の配列ピッチを
充分小さくすることが実質的に不可能であったからであ
る。
一方、高分子圧電材料から形成さオtた振動子は広帯域
特性を備えているが感度が小さく、かつ厚さが9〜30
μ講程度のものしか製造し得ないので、このままではほ
ばIOMH,:  以上の高周波領域でしか使用できな
いという難点がある。これを実用的な低周波領域C二お
いて使用するためC二、従来は第1図に例示するように
複数(図は3つの場合)の素子1′l&−厚さ方向、す
なわち分極方向Yに血合するとともに相互に接着して振
動子本体2を形成するようにしていた。
この本体2には厚さ方向に相対向して一対ンなす電極3
が幅方向、すなわち索子1の延伸軸方向Xに所定の配列
ピッチで相互に離間して配設されている。図中4は前面
板であり、5は背板である。そして、分極方向Yの振動
モードケ利用するようC二構成されている。なお、振動
子2は延伸軸方向に分割されていてもよい。
しかしながら、上述のように構成された従来の探触子(
二おいては複数の振動素子1に積層、接着して振動子本
体2を形成しているので、電気+音響相互変換効率が悪
いばかりでなく、本← 体2の圧電d定数が小さいので電気→音響変換効率も惑
<、かつ本体2の音響インピーダンスが約4 X 10
’ Kyf / m’s であるため人体や水など(音
響インピーダンス約1.5X10’に〕f/m!s)と
の音響整合性が悪いという難点がある。
上述のような問題点!解決するため本発明者らは、第2
図に例示するよう(こ振動子本体6の延伸軸方向Xの振
動モード!利用するべくその分極方向Yに電極7を配設
した超音波探触子を先に提案した。このものにおいては
、第1図に示すようなもの(二おける上記欠点を大幅に
改善することができるが、振動子本体6および電極7に
有する1群の振動子ごとにそれぞれ1対の電極ン要する
ので□、複数群の振動子を並設するフェーズドアレーな
どの場合には組立C二条くの時間を要するという難点が
ある。
本発明は上記事情のもとC−なされたもので、その目的
とするところは、高分子圧′4に材料から形成された複
数の振動子本体ン有しなからX気→音響相互変換効率が
高く、人体や水などとの音響差金性が良好で、しかも組
立が容易であり、特に高同波のフェーズドアレー等(二
好適な超音波探触子を提供すること(二ある。
以下、本発明を図示の一実施例について説明する。第3
図において振動子本体10(サフィックスは配列順を示
す)は高分子圧電材料(たとえばPVDFなど)から延
伸軸方向Xの長さ!1分極方方向の厚さtの直方体状C
二形成され、複数個(図は8個の場合)が厚さ方向、す
なわち分極方向Yに配列されている。これら本体10は
配列順1二複数(図は本体の数と同数で、1つで1群の
場合)の#(二分割されるとともに、相隣さ一群に属す
る各本体の分極方向の同きが各矢印で示すようC;互い
に逆向き!なすよう3二配設されている。そして、分極
方向Y1すなわち配列方向内端と各群の間とには、信号
電!!1i11と接地電極12とが交互に配設されてい
る。これら電極11.12は適宜の導電性材料から薄膜
状に形成さし、本体10の分極方向Y端面S:たとえば
蒸着あるいは接着等の適宜手段によって付着されている
。また、本体10の延伸方向両端(二は前面板13およ
び背板14がそれぞれ設けられている。前面板I3は本
体10 に対する保護層、音響整合層あるいは音響レン
ズの少なくともいずれか1つの機能を果すように構成さ
れている。
背板I4は本体π(二対する裏打層、詰響吸収層および
音響整合層の少なくともいずれか1つの機能を果すよう
ミニ構成されている。
つぎ区:、上述のように構成された超音波探触子の動作
C二ついて説明する。いま、各信号電橋10と接地電極
IIとの間(;大きさおよび位相が相等しい電圧を印加
したと仮定すれば、蚤本体yの圧電d定数が正値の場合
には奇数番目の本体101.10s、 10!、 10
丁が延伸軸方向X(二縮む、また偶数番目の本体10鵞
 、104,10・ 、10Sは、奇数番目のものに比
し分極方向Yの同きが反対であると共に加えられた′成
界の向きも反対であるから、同方向(二縮むことになる
。すなわち、すべての振動子本体10、〜io 、が−
斉E同方向の運動夕なす。また、図示のように相隣3本
体10.と10.、to、と” 4  s 10 Bと
106,107と10.をそれぞれ1組とし、1組ごと
の中央゛電極を信号電極とするとともイニ両端電極を接
地電極として用いるようにf’ n f! 、各組ごと
(畷り述同様の運@をさせることができる。したがって
、本体101〜10.を励振する信号B +の振幅と位
相とを各組ごとに制御することによりフェーズドアレー
として利用することができる。
ところで、上述のようC二4#成された探触子をフェー
ズドアレー用として使用すると、l14接する振動子本
体の群相互間(二おけるクロストークが性能f二悪影4
#を及ぼすことがある。このような場合Cは上記各組相
互間(二介在する゛鑵極!2や接着剤等に、背硬絶縁性
、合着吸収性または音響不整合性などの機能を具塊させ
るよう(ニするのがよい。たとえば、電極11v軟質の
高分子材料(−導電性粉体等が混入された材料から形成
すること(二より音響吸収層C二兼用するとか、あるい
は磁極用接着剤に音響吸収性C二優れたものを用いるな
どしてもよい。また、は極I2の音響インピーダンスを
振動子本体10より著しく大きく設定するとか、分極方
向Yl二おける電極12の厚さを適当な位相に相当する
ようC二設定するなどしてもよい。要すれば、接着層を
適宜に設定することC;より電極I2の音響インピーダ
ンスを等測的ぎ二増大させるようC二してもよい。
上記構成によれば、延伸軸方向Xの振動モードを利用す
るよう1ニジたので、振動子本体10の振動方向の長さ
lは、単に二素材を切断するだけで所望の周波数C二適
合するものを容易に形成することができ、これにより実
用上好ましい周波数帯域(1〜20MHz柵度)′Jk
′カバーすることができる。したがって従来装置におけ
るように複数の振動子本体を厚さ方向(すなわち振動方
向)に積層、接着する必要がないから、電気□音響相互
変換効率が低下するようなことがない。
また、高分子圧電材料(−おいては延伸軸方向Xにおけ
る圧電d定数が分極方向YCおける値の約2倍と良好で
あり、かつ延伸軸方向における音響インピーダンスは分
極方向(二おける値よりも人体や水等の値(=近いので
これらC二対する音響整合性も改善される。
さらl二、上述のように延伸軸方向Xの振動モードを利
用するよう(ニしたので振動子本体10の分極方向厚さ
tは充分薄くてもよく、しかも本体W、!:電極11.
12とを交互に配置するようにしたので本体10の配列
ピッチは従来の高分子圧電材料製振動子に比較しても充
分小さくなし得るばかりでなく、セラミック振動子を切
断して形成したものに比較丁れば1/10以下C;する
ことも容易であり、この場合C二は10倍以上の高周波
数用フェーズドアレーC二利用することができる。
しかも、振動子本体IOの配列方向両端と各群の間とに
それぞれ′磁極ン装置するようにしたので、電極の数は
群の数より1つ多いだけであり、各群ごとに両端に電極
を設ける場合に比し構造が著しく簡単化され、組立に要
する手数を大幅f二節減することができる。
なお、本発明は上記実施例のみ(二限定されるものでは
なく、たとえば1つの探触子(二おける振動子群の数や
各1つの群を構成する振動子本体の積層数等は必要Cユ
応じて適宜C二設定してよい。また、各シミ11および
12は信号用および接地用にそれぞれ特定される必要は
なく、外部回路の構成によって適宜【ニシフトして用い
たり、あるいは選択的に用いたりすることも可能であり
、要すれば印加される電圧の極性を変換するなどしても
よい。
また、第4図C二例示するように各群を構成する本体1
0の積層数を異ならしめておくと、各群の振幅は積層数
(二反比例するから、各(fi電極IIと接地電極I2
との間に大きさおよび位相が相等しい電圧を与えると、
同図において、鎖巌I5により模式的に示すような振幅
分布が得られる。換言すれば、各群の配置および各群を
構成する振動子本体の積層数ン適宜に設定することによ
り、1つの電源により所望の振幅分布をなす励振が可能
(二なる。
さらC二、第5図に例示するよう(二各群を構成する振
動子本体1θの積層数を相等しく設定するとともに、各
電極II、12の分極方向Yl二おける厚さを相異なら
しめることC二より、同図において鎖線I6で模式「J
に示すようにm ip+4が一定で場所により密度が相
異なる分布状態とすることができる。
したがって、各#ン構成する振動子本体10の積層数と
、電aizz、xxの分極方向Y(二おける厚さとンそ
れぞれ適宜に設定して粗金わせることC二より、1つの
印加″電源を用いてサイドローブシ所望の状lit二抑
制することが可吐となる。
要すれば、第6図に例示するよう(二相−る組相互間に
間隙17ン形成−「るととも5二間隙17を介して対向
する両′M、極12を相互C二接続し、かつ間隙17に
音響絶縁J−または合音吸収層を設けたり、あるいは音
響不整合層!形成するようC二してよく、これC二より
相関る輯柑互間におけるクロストークの影4Jyx除去
することができる− さらに、上記いずれの場合であっても、相互に@接する
振動子本体10相互間および本体10と蹴gxxpix
間C二たとえばシリコン油等の油性薄膜を介設し、この
油性薄膜の表面張力によって相隣る両者ケ張り含わせる
よう6二してもよい。このようC二構成すれば、接着剤
C二よって接着する場合(二比し組立作業を大幅一二簡
易化することができ、かつ振動子本体10の延伸軸方同
X振動に対する抑制作用が、接着した場合より遥かに軽
度であるから磁気→音響変換効率を同上させることがで
きる。
本発明は、上述したように高分子材料から板状に形成さ
れるとともにその分極方向に配列された複数の振動子本
体を有するものにおいて、上記本体なその配列順に複数
の群(二分割するとともC二相隣る#(二属する本体の
分橿方同の向きを互いに逆向きとし、かつ配列方向両端
と各群の間とC二それぞれ電極を配設し、上記本体の延
−伸軸方向の振動モードを利用するようにしたことを特
徴とするものである。したがって、振動方向の長さ!所
望の周波数≦二適合するよう6二形成し得るので複数の
本体を厚さ方向に接着する必要がなく、磁気;:fll
相互変換効率の低下を防止することができる。また、圧
′嘔定数が良好で音響インピーダンスがより人体や水等
に近い延伸軸方向の振動モードを利用するようにしたの
で、人体や水等に対する音響整金性!回上させることが
できる。さらに、分極方向における振動子本体の厚さが
薄くてよいので面周波数のフェーズドアレー一二好適で
ある。
しかも、振動子本体を配列順+:4jI数の群C二分割
するとともに配列方向両端と各群の間とにそれぞれ一対
の′電極を設けた場合(二比し構造が簡単で組立が容易
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例例示す断面図、第2図は同側に対する改
善提案を例示する断面図、第3図は本発明の一実施例例
示す断面図、$4図、第5図および第6図は同側一二お
ける要部の変形例を示す説明図である。 101〜10.−°・振動子本体、II、Ijlo・・
電極、X・・・延伸軸方向、Y・・・分極方向。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 高分子圧電材料から板状に形成されるととも(二その分
    極方向に配列された複数の振動子本体を有するものC二
    おいて、上記本体をその配列順に複数の群に分割すると
    ともf;相隣mvlP(−属する本体の分極方向の向き
    を互いに逆向きとし、かつ配列方向両端と各群の間とC
    二それぞれ電極を配設し、上記本体の延伸軸方向の振動
    モードケ利用するようCl、たこと!特徴とする超音波
    探触子。
JP56150900A 1981-09-24 1981-09-24 超音波探触子 Granted JPS5852557A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56150900A JPS5852557A (ja) 1981-09-24 1981-09-24 超音波探触子

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JP56150900A JPS5852557A (ja) 1981-09-24 1981-09-24 超音波探触子

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JPS5852557A true JPS5852557A (ja) 1983-03-28
JPS6412439B2 JPS6412439B2 (ja) 1989-02-28

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JP56150900A Granted JPS5852557A (ja) 1981-09-24 1981-09-24 超音波探触子

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6774540B2 (en) 2001-04-24 2004-08-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Sound converting apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5647199A (en) * 1979-09-26 1981-04-28 Toray Ind Inc Polymer piezoelectric transducer of multilayered lamination type
JPS57129096A (en) * 1981-01-31 1982-08-10 Kureha Chem Ind Co Ltd Array type ultrasonic transmitting and receiving element
JPS57159197A (en) * 1981-03-26 1982-10-01 Kureha Chem Ind Co Ltd Manufacture for ultrasonic wave oscillator

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US6774540B2 (en) 2001-04-24 2004-08-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Sound converting apparatus

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JPS6412439B2 (ja) 1989-02-28

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